Расчет теплового режима работы изделия.

Задачей расчета является определение температуры нагретой зоны при известной потребляемой электрической мощности изделия.

Расчет тепловой характеристики изделия проводится методом последовательного приближения. Исходя из конструктивных параметров рассчитывают геометрические размеры нагретой зоны. Задаются температурой условной нагретой зоны, находят перегрев нагретой зоны относительно окружающей среды Dt_з, рассчитывают все тепловые проводимости участков от зоны к кожуху и от кожухов к среде.

Предварительно выбранный вид тепловой модели изделия – герметичный блок.

Рисунок 2.2.2.1 Иллюстрация к расчетам теплового режима работы изделия.

Исходные данные:

Размеры кожуха L1 = 0, 170 м; L2 = 0, 215 м; H = 0, 121 м; температура среды = 55⁰ С; степень черноты кожуха = 0, 6; рассеиваемая мощность = 11, 4 Вт;

давление воздуха = 760 мм. рт. ст.

Предварительные расчеты:

Максимальная возможная температура среды по техническому заданию Тс _max= +55°С.

Наименьшая стойкость элемента (микросхема 140УД8) к повышенной температуре: Т= + 85°С.

Перегрев составляет:

S_{зоны верх.} = S_{зоны дно} = L1· L2 = 0, 036 м²

S_бок = 2H_зоны· L1+2H_зоны· L2 = (2 * 0, 121 * 0, 170) + (2 * 0, 121 * 0, 215) = 0, 093 м²

S_кожуха = 2Н_зоны(L1+L2)+2L1· L2= 2*0, 121*(0, 170+0, 215) + 2 * 0, 170 * 0, 215 = = 0, 166 м²

1. Задаются перегревом кожуха первого приближения. Величина перегрева = 30°С

2. Рассчитывают температуру кожуха первого приближения: .

Рис. 2.2.1 Тепловая схема кожуха аппарата прямоугольной формы

3. Определяют температуру .

4. Определяют законы теплообмена для верхней (нижней) и боковой поверхностей по величине произведения критериев Gr*Pr.

Для верхней и нижней поверхности при t_k=80, t_c=55 и L_опр= 0, 170 (меньшая сторона) из программы ЭВМ найдём, что закон теплообмена равен ¼.

Для боковой поверхности при тех же значениях t_k, t_c и L_опр=0, 125 (высота блока) из программы ЭВМ также найдём, что закон теплообмена равен ¼.

5. Вычисляют конвективный коэффициент теплоотдачи для нормального давления воздуха для всех трех поверхностей по формулам:

для закона

Коэффициент для температуры находим из таблиц. Определяющий размер для верха и дна - меньшая сторона, для бока – высота.

6. Вычисляют конвективный коэффициент теплоотдачи с учетом давления воздуха. Пересчет проводят по формуле:

7. Вычисляют конвективную тепловую проводимость каждой поверхности кожуха , где – верх, бок, дно.

8. Вычисляют суммарную конвективную тепловую проводимость всего кожуха

9. Определяют функцию из таблицы или вычисляют по формуле:

10. Вычисляем лучистый коэффициент теплоотдачи

.

11. Определяем лучистую проводимость: .

12. Вычисляем полную проводимость: .

13. Определяем перегрев кожуха второго приближения:

.

14. Определяем температуру кожуха второго приближения:

.

15. Вычислим разброс температур :

,

16. Если > 5 %, расчеты повторяют с п.2 для температуры = . Расчеты продолжают до тех пор, пока величина D не станет меньше 5 %.

Вывод: установлено, проделанные расчеты подтверждают предварительное заключение о том, что прибор способен охлаждаться естественным путем без применения каких бы то ни было специализированных систем охлаждения. Дополнительных вентиляционных отверстий в корпусе не требуется.

2.2.2 Расчет компоновочных характеристик.

Проведем расчет компоновочных характеристик плат ТА 297, ТА 297 А,

ТА 314 и ТА 315, а также ТА 779, учитывая, что на приборе ТА 843 плата отсутствует, он представляет собой шасси с 6-ю источниками питания типа СПН27-05-12-01. Для этого вычислим объем каждого элемента, установленного на этих двух однотипных платах.

Проведем расчет коэффициента заполнения печатных плат по площади.

Для платы ТА 287 составим таблицу 2.2.2.1

Таблица 2.2.2.1 Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

S_платы = 0, 140 * 0, 160 = 0, 0224 м².

Рассчитаем коэффициент заполнения площади печатной платы:

Кs = Σ Si уст.эрэ/Sпп = 12, 23/22, 4 = 0, 54

Si уст.эрэ – установочная площадь i-го ЭРЭ;

Sпп – площадь печатной платы;

0, 5≤ Кs≤ 0, 8

Для платы ТА 287 А составим таблицу 2.2.2.2

Таблица 2.2.2.2 Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

S_платы = 0, 140 * 0, 160 = 0, 0224 м².

Рассчитаем коэффициент заполнения площади печатной платы:

Кs = Σ Si уст.эрэ/Sпп = 12, 23/22, 4 = 0, 54

Si уст.эрэ – установочная площадь i-го ЭРЭ;

Sпп – площадь печатной платы;

0, 5≤ Кs≤ 0, 8

Для платы ТА 314 составим таблицу 2.2.2.3 Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

Таблица 2.2.2.3. Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

S_платы = 0, 140 * 0, 160 = 0, 0224 м².

Рассчитаем коэффициент заполнения площади печатной платы:

Кs = Σ Si уст.эрэ/Sпп = 216, 78/22, 4 = 0, 74

Si уст.эрэ – установочная площадь i-го ЭРЭ;

Sпп – площадь печатной платы;

0, 5≤ Кs≤ 0, 8

Для платы ТА 315 составим таблицу 2.2.2.4

Таблица 2.2.2.4 Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

S_платы = 0, 140 * 0, 160 = 0, 0224 м².

Рассчитаем коэффициент заполнения площади печатной платы:

Кs = Σ Si уст.эрэ/Sпп = 16, 78/22, 4 = 0, 74

Si уст.эрэ – установочная площадь i-го ЭРЭ;

Sпп – площадь печатной платы;

0, 5≤ Кs≤ 0, 8

Для прибора ТА 843 составим таблицу 2.2.2.5.

Таблица 2.2.2.5 Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

S_платы = 0, 140 * 0, 160 = 0, 0224 м².

Рассчитаем коэффициент заполнения площади печатной платы:

Кs = Σ Si уст.эрэ/Sпп = 13, 08/22, 4 = 0, 58

Si уст.эрэ – установочная площадь i-го ЭРЭ;

Sпп – площадь печатной платы;

0, 5≤ Кs≤ 0, 8

Для прибора ТА779 составим таблицу 2.2.2.6

Таблица 2.2.2.6 Значения величин площади, массы и объема устанавливаемых радиоэлементов.

S_платы = 0, 140 * 0, 160 = 0, 0224 м².

Рассчитаем коэффициент заполнения площади печатной платы:

Кs = Σ Si уст.эрэ/Sпп = 17, 97/22, 4 = 0, 80

Рассчитаем коэффициент заполнения блока по объему:

Кv = Σ Vi уст /Vбл = (24, 89*2)+(25, 88*2)+27, 88+315, 98 =444, 42/4422 = 0, 11 - без учета объема, занимаемого разъемами, внутримодульными жгутами соединения плат и рамками крепления плат, а также крепежными шпильками.

Vi уст – установочный объем i-го элемента блока;

Vбл – объем блока;

0, 2≤ Кv ≤ 0, 8

Рассчитаем коэффициент использования массы блока

Км = Σ mi эрэ/mбл = (17, 81*2)+(24, 9*2)+196+31, 5+480/2700 =

= 792, 92/2700 = 0, 3

Общий вывод: указанные коэффициенты лежат в установленных пределах, что подтверждают целесообразность разработки и дает возможность осуществить дальнейшее проектирование модуля не меняя габаритов изделия.